65nm博弈

　　半導(dǎo)體業(yè)最主要的特征是工藝尺寸不斷進(jìn)步，平均每2~3年就要升級(jí)一次，帶動(dòng)功耗和成本不斷下降、性能提升。從180nm到130nm，再到90nm、65nm和45nm…，這些略顯枯燥的數(shù)字使我們的生活正在加速進(jìn)入數(shù)字時(shí)代。當(dāng)工藝進(jìn)入65nm時(shí)代，FPGA廠商收獲的不僅僅是關(guān)注的目光，更是新的機(jī)遇。

　　眾所周知，通信、儀器、工業(yè)、軍工、航天等市場具有小批量、多品種的特點(diǎn)，如果投入大量資源開發(fā)一種專用的芯片，經(jīng)濟(jì)上不劃算。另外，越來越多的企業(yè)意識(shí)到差異化的快速靈活生產(chǎn)才是發(fā)展之道，但ASIC高昂的芯片設(shè)計(jì)和制造成本使技術(shù)進(jìn)步逐漸成為極少數(shù)廠商玩得起的游戲，這也是越來越多廠商選擇FPGA的主要原因之一。另一個(gè)促使FPGA應(yīng)用快速增長的原因則是FPGA性能、功耗、成本的不斷優(yōu)化，這主要得益于FPGA器件工藝的改善。

　　例如，Xilinx公司65nm的Virtex-5系列采用了三層不同厚度的氧化層技術(shù)降低漏電和靜電，通過1.0V的內(nèi)核電壓和應(yīng)變硅技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更低的動(dòng)態(tài)功耗，用12層銅技術(shù)降低電容電壓以及鎳硅化物自動(dòng)對準(zhǔn)技術(shù)提升性能等。此外，Virtex-5還采用ASMBL架構(gòu)和Express Fabric，并內(nèi)置了溫度與電壓傳感器等技術(shù)，與其前代90nm FPGA相比，速度平均提高30%，容量增加65%，動(dòng)態(tài)功耗降低35%，靜態(tài)功耗不變，芯片面積減小了45%。據(jù)Xilinx公司亞太區(qū)Virtex解決方案高級(jí)市場經(jīng)理鄒志雄透露，65nm Virtex5的價(jià)格將在不久后比90nm器件下降20%～30%。

　　商業(yè)和技術(shù)開發(fā)模式的轉(zhuǎn)變

　　目前宣布采用65nm工藝量產(chǎn)的廠商名單中，僅有Intel、AMD、IBM、三星、Nvidia和Xilinx等，廠商數(shù)量相比于90nm大幅減少，原因很簡單—不劃算。雖然工藝每升級(jí)一次，就能使晶圓的制造成本降低一半，卻會(huì)使芯片的開發(fā)成本上升2、3倍甚至更多，而且是呈指數(shù)上升。例如，65nm芯片的開模費(fèi)高達(dá)400萬美元，而45nm芯片的開模費(fèi)更會(huì)達(dá)到900萬美元。相比于開模費(fèi)，更先進(jìn)工藝的研發(fā)費(fèi)用高得讓人咋舌，設(shè)計(jì)一款45nm的芯片可能要燒掉2～5億美元。別說是ASIC廠商，就是ASSP廠商可能都無力負(fù)擔(dān)這筆巨額開支，這也是半導(dǎo)體業(yè)界的聯(lián)合設(shè)計(jì)、研發(fā)日漸增多的緣由。只有那些能在眾多客戶和設(shè)計(jì)間分?jǐn)偝杀镜男酒髽I(yè)，才能承擔(dān)越來越高昂的芯片制造和設(shè)計(jì)費(fèi)用。可以預(yù)見的是，未來采用45nm、32nm甚至22nm的廠商名單只會(huì)越來越短，最先進(jìn)工藝的IC設(shè)計(jì)只能是少數(shù)大佬們的博弈了。

　　這對FPGA廠商來說是一個(gè)新的機(jī)遇。Xilinx Virtex高級(jí)市場經(jīng)理鄒志雄解釋道，可編程器件由于其工藝特點(diǎn)和商業(yè)模式，實(shí)際上是讓眾多的客戶和FPGA廠商一起來承擔(dān)這些巨額的研發(fā)費(fèi)用。例如Xilinx有2萬多客戶，大家共同分?jǐn)?5nm的2億美元成本，這樣實(shí)際上每個(gè)公司僅需承擔(dān)1萬美元，無疑就分?jǐn)偭孙L(fēng)險(xiǎn)。無晶圓代工(fabless)模式就是由Xilinx率先發(fā)起的，這種分擔(dān)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的商業(yè)模式使FPGA的發(fā)展前景極為廣闊。

圖  讓FPGA變成一塊虛擬母板

　　相比ASIC/ASSP，F(xiàn)PGA最大的劣勢可能就在大批量的成本上，但當(dāng)FPGA采用32nm工藝及以下時(shí)，ASIC/ASSP芯片則在批量的單價(jià)上也落得下風(fēng)。再考慮到芯片開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)和成本，以及未來市場的不確定性，基于ASIC/ASSP的設(shè)計(jì)項(xiàng)目會(huì)逐漸減少。未來的FPGA還可以將閃存、嵌入式處理器等其他器件整合進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)混合工藝與混合電壓，讓FPGA變成一塊“虛擬母板”，工程師可以直接進(jìn)行混合信號(hào)的設(shè)計(jì)。換句話說，系統(tǒng)廠商不必再等IC供應(yīng)商設(shè)計(jì)出所需的芯片，它們完全可以在FPGA上實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)功能。傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)開發(fā)模式在工藝不斷進(jìn)步的FPGA的力推下可能遭到徹底顛覆。

　　量產(chǎn)—先機(jī)

　　量產(chǎn)的FPGA意味著客戶現(xiàn)在可以放心地大量采用先進(jìn)的65nm FPGA進(jìn)行整機(jī)產(chǎn)品制造，實(shí)現(xiàn)性能、成本、功耗領(lǐng)先的終端產(chǎn)品，搶占市場先機(jī)。自2006年5月15日推出65nm Virtex-5 FPGA平臺(tái)以來，Xilinx公司已向市場發(fā)售了基于三款平臺(tái)(LX、LXT和SXT)的18種器件。為了幫助客戶更快地設(shè)計(jì)出產(chǎn)品，Xilinx在從推出樣片到量產(chǎn)的一年里，對軟件和整體解決方案進(jìn)行了多優(yōu)化，提供免費(fèi)的設(shè)計(jì)工具、針對應(yīng)用而優(yōu)化過的協(xié)議開發(fā)套件、通用開發(fā)板以及參考設(shè)計(jì)。

　　“時(shí)機(jī)即是商機(jī)。”搶先一步的公司吸引著致力于實(shí)現(xiàn)差異化和追求行業(yè)領(lǐng)先地位的高端廠商的擁躉。

　　半導(dǎo)體行業(yè)的鐵律是必須不斷創(chuàng)新，以跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，否則就要被這列高速列車甩下來。FPGA廠商的創(chuàng)新肯定還要繼續(xù)，這也正是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師所樂于見到的，他們更期望看到的是能用FPGA這樣的統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，隨著FPGA制造工藝的不斷演進(jìn)和軟件開發(fā)工具的日漸豐富，這一天似乎不遠(yuǎn)了。